JPH0612771B2 - Ｔｅｏｓプラズマｃｖｄ法 - Google Patents

Ｔｅｏｓプラズマｃｖｄ法

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JPH0612771B2
JPH0612771B2 JP62321181A JP32118187A JPH0612771B2 JP H0612771 B2 JPH0612771 B2 JP H0612771B2 JP 62321181 A JP62321181 A JP 62321181A JP 32118187 A JP32118187 A JP 32118187A JP H0612771 B2 JPH0612771 B2 JP H0612771B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、酸化珪素を受け入れるように真空室の内部に
位置決めされた、僅かな段差をもつ半導体ウェーハに、
ステップカバレージの良好な酸化珪素の薄膜を蒸着させ
るためのテトラエチルオルトシリケート（TEOS）プラズ
マＣＶＤ法に関する。
〔従来の技術〕
Ｉ．薄膜の蒸着に使用されるリアクタに関して 半導体ＩＣの製造に使用された初期のガス化学蒸着リア
クタは、加熱された基板上にガスによって蒸着させるの
に、比較的高温の熱活性化学作用を使用した。固体の基
板面上へのかかる化学蒸着は、基板面上に吸着するガス
種の不均一な表面反応を伴う。薄膜の成長速度と薄膜の
品質は、ウェーハ面の温度と、使用するガス種とによっ
て決まる。
近年になって、アルミニウムやタングステンのような金
属、窒化珪素や二酸化珪素のような誘電体薄膜、シリコ
ンのような半導体薄膜を含む、種々の材料を形成するた
めに、低温のプラズマＣＶＤ法及びプラズマエッチング
の技術が開発されてきた。利用されるプラズマＣＶＤ法
に使用されるプラズマは、高周波数の場で発生する低圧
反応性ガスの放電である。プラズマとは、等密度の電子
とイオンとからなる、電気的に中立のイオン化した気体
である。プラズマＣＶＤ法において使用される比較的低
い圧力では、放電は“グロー”領域にあり、電子のエネ
ルギは、重粒子のエネルギと比較して極めて大きい。極
めて高い電子の温度は、基板のような表面への蒸着に使
用されるプラズマ内の分離した種の密度を増大させる。
プラズマＣＶＤ法において反応遊離基の供給を増やす
と、熱ＣＶＤ法において（100〜200Å／分）よりも、低
温で且つより迅速な蒸着速度（300〜400Å／分）で密な
高品質の薄膜の蒸着が可能になる。しかしながら、通常
のプラズマＣＶＤ法を用いて利用される蒸着速度は、依
然として比較的遅い。
現在、バッチ式リアクタは、多くの商業用のプラズマＣ
ＶＤ法において使用されている。バッチ式リアクタは比
較的多くのウェーハを同時に処理し、かくして、蒸着速
度が遅いにもかかわらず、比較的多くのスループットを
提供する。一方、枚葉式のウェーハリアクタは、バッチ
内での不均一の問題がないという利点を有しており、か
かる利点は、特に５〜８in径のウェーハのような大型で
高価なウェーハにとって、このようなリアクタを魅力的
なものとする。さらに、かかる枚葉式のウェーハリアク
タの蒸着速度（従って、スループット）が増大すると、
利用可能な範囲が一層増大する。
II．二酸化珪素の熱ＣＶＤ；平坦化処理に関して最近、
ＩＣ技術が、ＬＳＩからＶＬＳＩに進み、ここ数年以内
に、ＵＬＳＩにまで発展するものと予想される。モノリ
シック集積回路のかかる発展は、製造設備の改良、並び
に、半導体ウェーハを処理してＩＣチップにするのに使
用される材料及び方法の改良によって、可能となった。
しかしながら、第１に、ますます複雑化するデバイス及
び回路のＩＣチップへの組込みが、そして第２に、より
高密度化した小型化した回路のＩＣチップへの組込み
が、マスキング、薄膜形成、ドーピング及びエッチング
からなるＩＣ製造工程において、一層厳格な要件を課し
ている。
ますます複雑化している一例として、簡単に言うと、典
型的なＭＯＳ記憶回路が２層の金属配線層を有し、ＭＯ
Ｓ論理回路が２〜３層の金属配線層を使用し、そしてバ
イボーラディジタル回路が３〜４層の金属配線層を必要
とすることが計画されている。このような多層配線の複
雑さ、即ち、厚さ／深さ及び小さな寸法が、このような
金属配線層を支持し且つこれらを絶縁する、二酸化珪素
のような、所望の平坦な内層の誘電体層の材料を製造す
るのをますます困難にしている。
微細な段差のある面に平坦な被膜を設けることの困難さ
が、第１６図に示されている。導体層171のような第１
の薄膜が、部分的に完成している集積回路（図示せず）
の既存の段差の上に形成されてきており、二酸化珪素の
ような内層の誘電体層172の蒸着を行っているところで
ある。これは、第２層の導体層（図示せず）の形成に先
立って行われる。典型的には、蒸着活性種の平均自由行
程が段差の寸法と比較して長い場合、及び、迅速な表面
移動がない場合には、段差の底部173、側部174及び頂部
175での蒸着速度は、関連した到達角度に比例する。底
部及び側部の到達角度は溝の深さと巾の関数であり、こ
れらによって制限される。かくして、極めて幅狭で及び
／又は深い形状に対しては、底部173の厚さは側部174の
厚さよりも薄くなるように蒸着される傾向があり、側部
174の厚さは頂部175の厚さよりも薄くなる。
蒸着プロセスに使用される圧力が増加すると、典型的に
は、活性種の衝突速度が増大し平均自由行程が減少す
る。これは、到達角度を増大させ、かくして、溝即ち段
差の側部174及び底部173での蒸着速度を増大させる。し
かしながら、これは又、段差の隅部176での到達角度及
び関連した蒸着速度を増大させる（第１７Ａ図参照）。
溝が幅広の段差の場合には、薄膜が内方へ傾斜して、側
部と底部との境界に尖り177が形成される。かかる形体
では良好な金属及び／又は誘電体の層を形成するのが困
難である。その結果、かかる形体を別個に平坦化する必
要がある。
さらに、例えば２５６ＫバイトのＶＬＳＩのような、溝
が幅狭の段差の場合には、蒸着速度が増大すると、隅部
176にボイド178が発生する（第１７Ｂ図参照）。かかる
ボイド178は、引き続く平坦化工程に曝され、第２層の
導体がボイドに進入しボイドに沿って形成され、ボイド
に沿って導体及びデバイスに欠陥を生じさせる。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、極めて良好な被膜を形成し尖りやボイ
ドを排除した平坦化方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、関連した反応ガスの化学的
性質及び操作条件を変えさえすれば、同じプラズマ反応
室において、多数の工程を使用して製造現場で実施する
ことができる平坦化方法を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、プロセスのスループットと
ともに、被覆を最適にし平坦にするために、ウェーハの
プラズマ蒸着及び等方性エッチングを含む、製造現場で
の多工程プロセスを提供することにある。
また、本発明の別の目的は、リアクタのセルフクリーニ
ングへの適用を含むが、これに限定することなしに、プ
ロセスの順序及び工程数の変更が可能な、上述の種々の
処理特性を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的を達成するために、本発明により、酸化珪素
を受け入れる真空室内に位置決めされた、僅か寸法段差
を有する半導体ウェーハ面に、良好なステップカバレー
ジの酸化珪素の薄膜を蒸着させるためのTEOSプラズマＣ
ＶＤ法であって、ウェーハを約２００℃〜約５００℃ま
で加熱する段階と、室を約１３３．３２２Pa〜約１６０
０Pa（１〜５０トル）まで加圧する段階と、効果的な量
のテトラエチルオルトシリケート（TEOS）を含んだガス
混合物を、ウェーハ面に近接した分配領域からウェーハ
の方へ、実質的に均等な空間分配でウェーハ面上に分配
する段階と、ガス混合物を励起してウェーハと分配領域
との間の薄い領域をプラズマ状態にするように、分配領
域とウェーハとの間に効果的な量のＲＦ電力を印加する
段階とを含み、これにより、ステップカバレージの良好
な酸化珪素の層をウェーハに蒸着させる、ことを特徴と
するプラズマＣＶＤ法が提供される。
〔実施例〕
次に図面を参照して本発明の実施例について説明する。
1.ＣＶＤ／ＰＥＣＶＤリアクタに関して (a)ＣＶＤ／ＰＥＣＶＤリアクタの概観 第１図及び第２図は、本発明の枚葉式のウェーハリアク
タ１０の好適な実施例をカバー閉鎖状態で示した平面図
と縦断面図をそれぞれ示している。
まず、これらの図面を参照すると、リアクタ10は典型的
にはアルミニウムで作られており、プラズマ処理領域14
（第６図）を有する内部真空室13を構成するハウジング
又は室12を含む。リアクタ10は又、ウェーハ保持サセプ
タ16と、垂直可動ウェーハ支持フィンガ20及びサセプタ
支持フィンガ22を備えた独特のウェーハ移送装置18（第
１図）とを有する。これらのフィンガは、ウェーハ処理
のためウェーハ15をプラズマ処理領域14に導入してサセ
プタ16上に置き、次いでウェーハ15をサセプタ16及び室
12から取り出すため、外部ロボットブレード24（第１
図）と協働する。リアクタ10は、プロセスガス及びパー
ジガスを室13に加えるプロセス／パージガスマニホルド
すなわち“ボックス”26と、入口ガスからプロセスガス
のプラズマを生成しこれを維持するための高周波（Ｒ
Ｆ）電源及びマッチング回路28と、サセプタ16及びサセ
プタ上に位置決めされたウェーハ15を加熱してウェーハ
上で蒸着させるためのランプ加熱装置30とをさらに含
む。13.56MHzの高周波出力を使用するのが好適ではある
が、低周波出力を使用してもよい。
ガスマニホルド26は、独特のプロセス／パージガス分配
装置32（第２図及び第１０図）の一部であり、この分配
装置32は、ウェーハ15を横切って半径方向外方へプロセ
スガスを均一に流してウェーハへの均一な蒸着を促進
し、使用済ガス及び付帯生成物をウェーハ15の上縁部及
び下縁部から半径方向外方へパージしてガスマニルド26
及び室12上への（及びこれらの内部への）蒸着を実質的
に排除するように設計されている。
液体冷却装置が、（特にガスマニホルド26の温度を含
む）室12の構成要素の温度を制御する。ガスマニホルド
構成要素の温度は、プラズマ処理領域14から上流のガス
マニホルド26内での時期早尚の蒸着を排除するように選
定される。
リアクタ10は、電気接地供給部によってプロセス及びパ
ージガスをガスマニホルド26に供給する特有のＲＦ／ガ
スフィードスルー（feed-through）装置36（第２図及び
第１２図）を有する。ガスマニホルド26にＲＦエネルギ
を加える利点は、接地された対向電極即ちサセプタ16上
にウェーハがあるということであり、これは、ＲＦエネ
ルギがウェーハに加えられた場合やガスボックスが接地
された場合には得られない高度のプラズマ幽閉を可能に
する。さらに、ハードウェアが、ウェーハ／サセプタと
室との電気絶縁を必要としないので、機械的にも電気的
にも一層簡単である。高周波電場及び磁場におけるサセ
プタ／ウェーハの温度測定及び温度制御は、接地された
サセプタ16によって非常に簡略化される。また、ＲＦ／
ガスフィールドスルー装置36は剛体であり、可撓性のガ
ス接続を排除し、パージガス流路は、漏洩したプロセス
ガスを室の排出口に確実に搬送する。ＲＦ電力をガスマ
ニホルドに印加する能力は、ＲＦ／ガスフィールドスル
ー装置内で蒸着プラズマを形成する高電位ＲＦ作動の固
有の傾向にもかかわらず、ＲＦ電位をＲＦ／ガスフィー
ルドスルー装置の長さに沿って均一に低下させて内部で
のプラズマ放電を防止するＲＦ／ガスフィールドスルー
装置の独特の設計によって可能とされる。
(b)ウェーハ移送装置18 上述のように、このウェーハ移送装置は、個々のウェー
ハ15を外部ブレード（第２図）とサセプタ16との間に移
動させ、かつ、処理のためサセプタ16及びウェーハ15を
位置決めするように設計されている。さらに第１図を参
照すると、ウェーハ移送装置18は、複数の半径方向に延
びたウェーハ支持フィンガ20を含む。これらのフィンガ
20は、サセプタ16と整合しこれの周囲に間隔を隔てて、
半円形の取付けバー又はブラケット38に取付けられてい
る。同様に、半径方向に延びたサセプタ支持フィンガ22
の列が、サセプタ16の周囲に円周方向にウェーハ支持フ
ィンガ20と交互に間隔を隔てて置かれ、取付けバー38の
すぐ外側に位置決めされた半円形バー40に取付けられて
いる。弧状の取付けバー38、40は、ハウジング内に形成
された半円形の溝42内に取付けられており、垂直方向に
移動するエレベータ装置44、46によってそれぞれ作動さ
れる。
第３図に示すように、サセプタエレベータ装置44は、取
付けバー38が上端に取付けられた垂直可動シャフト48を
有する。空気シリンダ又は好適には適当な歯車駆動装置
で作動するステップモータを含む種々の可動装置56によ
って、シャフト48を昇降させることができる。ウェーハ
エレベータ装置46も、サセプタエレベータ装置44と同様
である。
ウェーハ移送装置18の作動は、第４図〜第８図に連続的
に示した略図によって要約される。第４図では、処理す
べきウェーハ15を支持している外部ブレード24が、開口
56から室13の中へ、サセプタ16の上方位置まで挿入され
ている。適当な外部ブレード24及び関連したロボットウ
ェーハ取扱い設備（及び第６図のドア25）の一例が、メ
イダン等によって出願された米国特許出願A44944号「多
室一体処理設備」に記載されており、参考文献としてこ
こに示す。この出発位置では、ウェーハ支持フィンガ20
は、サセプタ16と外部ブレード24との間に位置決めされ
ている。次に第５図に示すように、ウェーハエレベータ
装置44は、ウェーハ支持フィンガ20をブレードより上に
上昇させてウェーハ15を取り上げる。次いで、外部ブレ
ード24を室13から引き出す。
第６図に示すように、外部ブレード24が引っ込んだ後、
開口56は空気シリンダによってドア25で閉鎖され室13が
密封される。サセプタエレベータ装置46を作動させてサ
セプタ支持フィンガ22及びサセプタ16を上昇させる。ウ
ェーハ15とマニホルド26との間隔ｄは、フィンガ20から
ガスマニホルド26にすぐ隣接するプラズマ処理領域14の
処理位置までサセプタがウェーハ15を持ち上げるように
ウェーハエレベータ装置44の移動を調節することによっ
て、容易に選定される。同時に、サセプタフィンガ22及
びサセプタエレベータ装置46は、間隔ｄとは無関係に、
サセプタ1及びウェーハ15の水平配置、並びに、ウェー
ハ15とマニホルド26との平行を維持する。
処理の後、第７図を参照すると、サセプタエレベータ装
置46は、サセプタフィンガ22及びサセプタ16を下降させ
て、ウェーハ15をウェーハ支持フィンガ20上に載せる。
次いで、ドア25を開放し、外部ブレード24を再び室13に
挿入する。次いで、第８図に示すように、ウェーハエレ
ベータ装置44がウェーハ支持フィンガ20を下降させて、
ウェーハ15をブレード24上に載せる。下方に移動するフ
ィンガ20がブレード24から離れた後、ブレードを引っ込
め、別のウェーハの挿入、処理及び取り出しサイクルに
先立って、フィンガ20、22を第４図に示す位置に戻す。
(c)近赤外線輻射加熱装置30 第２図及び第９図に示す噴射加熱装置は、均一なウェー
ハ温度、正確で確実なウェーハ温度、そして低温（好適
には≦６００℃）での迅速な熱応答を提供するように、
円形サセプタ16及びウェーハ15（例えばシリコン）を加
熱するための確実で効果的かつ廉価な手段を形成する。
これらの目的を達成するには、多くの要件を満たさなけ
ればならない。第１に、均一なウェーハ温度を達成する
には、ウェーハの縁部での輻射損失を補償する必要があ
る。第２に、低いウェーハ温度（≦６００℃）で高効率
とするには、シリコンウェーハが近赤外線スペクトル中
においては低温では輻射率が小さいので、高輻射率で高
伝熱性のサセプタを必要とする。さらに、迅速な熱応答
を得るために近赤外線輻射を使用し、石英窓70のような
廉価な材料の透過に使用する。円形の薄いサセプタ16
は、迅速な加熱及び冷却応答に対する熱容量が小さい。
これらの及び後述するその他の目的は、第２図及び第９
図に示す輻射加熱装置30によって達成される。
加熱装置30は、好適には小型で廉価であり且つ単一端部
をもつ直立配置ランプ58の環状の配列を含み、このラン
プの環状配列は、電磁スペクトルの近赤外部に輻射を提
供する。ランプ58は、好適にはアルミニウム製の環状円
形反射器モジュール60内に取付けられている。反射器モ
ジュール60の底部はアルミニウムで形成され、研磨され
た環状の反射溝62が設けられている。反射溝62は、弧状
の略半円形の反射底64を有する。モジュール60及びラン
プ58は、コリメート環状反射器62内に形成された環状の
冷却路66によって冷却される。典型的には加圧供給部か
らの冷却水である冷却液の入口及び出口のために、連結
部が形成される。電力は典型的には、個々の蒸着プロセ
スの要件に合致する所定のプログラム設定値に基づいて
ランプの出力を自動的に変える可視電源から、電力供給
ケーブル68によって、ランプソケット63及び関連したラ
ンプに供給される。
直立ランプ58の環状の平行光は、石英窓70を経て室の中
へ入る。石英は、近赤外線の輻射線に対して透明であ
る。透明な石英窓70は、ハウジングとの空密界面となる
ように、環状シール72を使用してハウジングの処理室13
の底部に取付けられている。かかる取付け構造により、
室13の外側の輻射エネルギ加熱源30が大気圧に位置決め
され、処理室の真空及びその中の微粒子感度処理がラン
プから隔離される。ブラケット74が反射器モジュール60
に接合されており、ハウジング12に接合されたブラケッ
ト78にピボットピン76によって回動可能に取付けられて
いる。或いは、反射器モジュールを適所にボルト止めし
てもよい。処理室13の外部での処理室と分離したランプ
組立体30のかかる取付けの結果、クランプ70を外してラ
ンプ組立体30をピン76を中心として下方に回動させさえ
すれば、ランプ組立体に容易に接近して保守したりラン
プの交換等をしたりすることができる。
上述のように、ランプ58は、所要の近赤外線を輻射する
小型で且つ単一端部の市販されている石英−タングステ
ン−ハロゲンランプである。適当なランプの１つとし
て、シルバニア、ＧＥ、ウシオ、フィリップス等によっ
て供給されているAnsi型“ＦＥＬ”がある。現在、波長
が約０．９〜１．５ミクロンの、１４個の０．５〜１ｋ
Ｗの石英−タングステン−ハロゲンランプが、ランプモ
ジュールの上部に約９４Ｗ／cm2までの環状の平行電力
密度を提供する。サセプタにおける最大電力密度（直径
６inのサセプタの外側〜１．５in半径に実質的に差し向
けられる）は、全効率を考慮して、〜１７Ｗ／cm2であ
る（効率〜１５〜１６％）。より一般的には、約０．７
〜２．５ミクロンの波長範囲において輻射を集中させる
ランプが、特に有用である。反射器モジュール60及び凹
底の反射溝62は、中央部においてよりも、サセプタ縁部
においてより高い輻射電力密度を差し向ける収集効率の
高いコリメート反射器を形成する。かかる不均一な集中
輻射がサセプタウェーハの周囲を加熱し、これがウェー
ハの端部での熱損失を補整し、かくして、広範囲な室ガ
ス圧力及びウェーハ温度にわたって、均一なウェーハ温
度を提供する。
要約すると、所望の均一な輻射によるウェーハの加熱
は、容易に冷却され低温に維持され、しかもめっきを必
要としないコンパクトで簡単な反射器モジュール60に取
付けられた小型で廉価なランプよって得られる。さら
に、近赤外線ランプの使用、及び、黒鉛のような材料で
形成された、薄く低質量で熱容量の小さな高輻射サセプ
タの使用は、最大効率の、迅速な熱応答、優れた温度均
一性及び石英窓の透明を提供する。他のサセプタ材料に
は、陽極処理アルミニウム、酸化アルミニウム又は炭化
珪素のような層で被覆した黒鉛、或いは、酸化アルミニ
ウム又は炭化珪素で被覆した複合セラミック等の材料が
含まれる。また、種々のサセプタ及びウェーハの直径に
適合するように、種々の高さ又は直径を有する交換可能
な反射器モジュール６０を使用することができる。リア
クタのこの変形は、５〜６inのウェーハに対して設計さ
れる。しかし、モジュール高さ及び／又はモジュールの
半径及びフィラメントサークルを変更することによっ
て、より小さな直径の、或いはより大きな直径のウェー
ハに対して、異なるランプモジュールを提供することが
できる。
加熱装置30の単純性、低質量及び高性能の特性が、典型
的には両端部をもつ石英−タングステン−ハロゲンラン
プの矩形配置を使用する、従来のウェーハ加熱装置と著
しく相違していることに留意すべきである。従来の輻射
加熱では、より大きなサセプタを使用して、また優れた
温度均一性が必要な場合には、ウェーハ中央部からの輻
射を単に遮蔽して、輻射を方向転換させるのではなく効
率を犠牲にするように行われてきた。従来の輻射装置と
比較して、本発明の輻射装置の利点としては、上述の均
一なウェーハ温度、及び一層迅速な応答時間（加熱及び
冷却）に加えて、装置が小型で嵩張らず維持が容易で信
頼性が高く且つ作動がより効率的で低コストなことであ
る。
容易に接近できる外部輻射加熱装置30の使用は、ガスパ
ージ装置によって容易にされ維持できる。次節に記載す
るように、この装置は、窓への蒸着を防止し窓を清浄に
保持するため、パージガス流を石英窓70の真空側に差し
向ける。従って、パージはランプの効率に対して重要な
貢献をする。これにより、クリーニング間のプロセスサ
イクルの回数が増加し、その結果、清浄にするのに要す
る非稼働時間を減少させる。
(d)ガスマニホルド26及び関連した分配装置 ガス分配装置32は、少なくとも４つの構造的特徴の特有
の組合わせを提供するように構成されている。第１に、
ガスマニホルド26は、電極対の一方（電力供給側）であ
る。電力供給されたマニホルド26は高出力を提供する。
第２に、ガスマニホルド26及び他のガス分配面は一定の
温度であり、これは、ウェーハ15上への均一な蒸着に寄
与し、かつ、３５℃以下で凝縮し７５℃以下で分解又は
オゾンと反応するTEOSのような反応ガスの使用にもかか
わらず、プラズマ処理領域14の上流のガス分配装置内で
のガスの分解、蒸着又は凝縮を防止する。ガスマニホル
ドの外部温度を例えば１００℃以下に制御して薄片状の
微粒子生成物の蒸着を防止する。第３に、ガスマニホル
ド26及びガス分配装置32は、清浄で均一な蒸着処理を提
供する。第４に、導入された円周方向パージガス流は、
ガス分配領域の外側、すなわちウェーハの外側の室面、
及びガス分配装置面上での蒸着を防止する。
ガス分配装置32のこれらの特徴は、第２図及び第１０図
に最も明瞭に示されている。ガスマニホルド26及び関連
した分配装置はハウジングカバー80の一部であり、この
カバー80は、室13、プラズマ処理領域14、並びに、ウェ
ーハ及びサセプタエレベータ装置44、46の関連した内部
構成要素を含むハウジングへの内部接近を容易にするた
めに、ピボット手段（図示せず）によってハウジング12
に回動可能に取付けられている。
ガスフィードスルー装置36からのプロセスガス流は、孔
開きマニホルド92により形成されたガスマニホルド室90
と連通する（即ち、ガスマニホルド室90に供給する）入
口孔88を介して、カバー80に差し向けられる。独特に設
計されたバッフル板94が、隔離碍子（図示せず）のよう
な手段によってガスマニホルド室90内に取付けられ、プ
ロセスガスを、バッフル板94の外縁部を回り、次いでバ
ッフル板の底部に沿って半径方向内方へ、マニホルドの
孔96を出て、ウェーハ15の上方のプラズマ処理領域14へ
進ませる。
ガスマニホルド26を備えたカバー80は、入口溝82、環状
溝84及び出口溝86で構成された内部経路81に沿って、脱
イオン水のような流体又は液体によって加熱（又は冷
却）される。この流れは好適には、プラズマに曝された
ガスマニホルドの面上での蒸着が硬質な薄膜となるよう
にするために、マニホルド92を１００〜２００℃の範囲
内に保持する。マニホルド92の面上に形成される不十分
な薄膜が微粒子を生じさせることがあるが、これは回避
しなければならない。また、流れはバッフル板94を最も
好適には３５〜６５℃の範囲内に保持し、TEOSのような
低蒸気圧プロセスガスの内部蒸着又は凝縮を防止し、か
つ、TEOS及びオゾンのようなガスの分解及び反応を防止
する。このような蒸着は、時間(t)と温度（Ｔ）に正比
例することに留意されたい。従って、ガスマニホルド92
とバッフル板94との間の、約０．１〜０．２inの微小な
間隙“ｄ”も、内部蒸着の傾向を減少させる。
一例として、二酸化珪素の蒸着と関連した或るプロセス
の適用においては、酸素、TEOS及びキャリヤガスが、
０．５〜２００トルの室圧力でガスマニホルド26からプ
ラズマ処理領域14へ導入され、蒸着のための反応物種を
形成する。ウェーハ15が３７５℃まで加熱され、熱脱イ
オン水（水温４０〜６５℃）が流路81に沿って適当な流
れで導入され、マニホルド92を６５℃以下に保持し、TE
OSの凝縮を防止し、そしてバッフル板94を１００℃以下
に保持する（ガスマニホルド26がＲＦ電源の陰極であり
脱イオン水が不導体であるので、脱イオン水が使用され
る）。より一般的には、水の導入温度は、ガスボックス
90の内面と外面の両方を所望温度に維持するために、特
別の蒸着プロセスとこれに関連したガス化学及び／又は
他のパラメータに必要なように選定される。
繰り返すが、プロセスガス流は、流路91に沿って入口孔
88を通ってマニホルド室90の中へ、バッフル板94の縁部
へ半径方向外方へ、そしてバッフル板の周囲を回ってそ
の底部へ、次いでバッフル板94とマニホルド96との間を
半径方向内方へ、孔96を出てウェーハ15の上方のプラズ
マ処理領域14の中へ導入される。孔96から出る蒸着ガス
の流路は、ウェーハを略半径方向外方へ横断している。
さらに、小容積のプラズマ処理領域14及び約０．５トル
の近大気圧の範囲の、高い室圧力は、ウェーハ15の中央
部から半径方向外方へ均一な流れを提供してウェーハ上
で均一に蒸着させ、ウェーハ以外では蒸着せずにパージ
する傾向に貢献する。
マニホルド孔96は、かかる蒸着の均一性を助長するよう
に設計されている。孔（並びに前記マニホルド温度）は
又、マニホルド外面（即ち、底面）97での蒸着物の形成
を回避するように、特に、処理中及び処理後に薄片とな
ってウェーハ上に落下する軟質蒸着物の面97への蒸着を
防止するように設計されている。簡単に言えば、孔の配
列は、孔96の略同心円のリングの１つである。隣接する
リング間の距離（リングとリングとの間隔）は略等し
く、各リング内の孔と孔との間隔は略等しい。しかし、
そのパターンは、２つの（或いはそれ以上の）隣接する
孔が半径方向に整合しないように、角度的にずらされて
いる。すなわち、ガス分配マニネルド92の孔は、孔位置
が半径方向に直線を形成せず、これによりガス分配マニ
ホルド自体への蒸着を実質的に減少させ、均一なガス流
及びウェーハ上への蒸着を可能にするように、円周上に
等距離間隔隔てられている。
マニホルド92を貫通する孔の長さ（すなわち、マニホル
ド92の板厚）及び孔径も又、均一な蒸着を助長するよう
に選定される。孔長を増加させると蒸着厚を外側よりも
内側で減少させる効果を有し、孔長を減少させると蒸着
厚を内側よりも外側で減少させる効果を有する。孔径の
増加／減少もこれと同様の効果をそれぞれ有する。
現在使用されている形体では、約３４００の孔96が使用
されている。孔の深さは０．１００〜０．１５０inであ
り、孔径は０．０２８〜０．０３５inであり、半径方向
の非対称孔が約０．０９０in中心で配置されている。こ
れらの寸法及び関連した形体は均一な流れパターンを形
成し、マニホルド92への蒸着を実質的に減少させる。か
かる６inまでのマニホルド径は、略６inまでの大きさの
ウェーハ径に適合する。より大きなマニホルド26、より
大きなサセプタ16、より大きな直径のサセプタ及びウェ
ーハ支持フィンガに変えることによって、また、ランプ
モジュール30を上述のように変更することにより、より
大きなウェーハを処理することができる。
さらに第１０図を参照すると、矢印93、95、97で示され
るように、第１の上部パージガス流路が、カバー80及び
マニホルド26に設けられている。すなわち、ＲＦ／ガス
フィールドスルー装置36からのパージガス流は、カバー
80の入口孔98へ送られ（矢印93）、この入口孔98により
半径方向の流路又は溝100に供給され、次いでマニホル
ド室90と同心でこれの上方かつ外側のカバーに形成され
た環状溝102に供給される（矢印95）。環状の流路変更
部104がマニホルドの縁105の内部に同心状に取付けられ
ており、環状溝102をマニホルド92の孔108の３つの外側
列に連結する前記縁の内側に、周囲溝106を形成する。
第１１図に示すように、パージ孔108は、プロセスガス
孔106と同様に、略等しいリング対リング距離に間隔を
へだてた略同心状に配置されている。リング内の孔間隔
は、パージ孔108が互い違いの半径方向線を形成するよ
うに、すなわち２つの隣接するパージ孔が半径方向線に
沿わないように、選定される。上述の典型的なマニホル
ドでは、ガスは約６００の孔から分配され、リング間の
間隔０．００９in、孔径０．０２５in、孔長０．０４０
inの寸法のパージ孔が使用される。
第２図を参照すると、第２の下部パージ流路101、103、
105が、ハウジング12の側面に形成された入口孔110を介
して設けられており、この入口孔110は、石英窓70の直
上に室13の下部の周囲に略同心状に形成された環状溝11
2に連結されている。環状溝112は、室13の下部領域の回
りに間隔をへだてた孔等を有しており、これらの孔によ
り、石英窓70を均一に横切り（矢印103）ウェーハ15の
下縁を回り（矢印105）プラズマ処理領域14の直下の室1
3を取り巻く水平な石英カバープレート114を横切って下
部パージガスが供給される。また第１図を参照すると、
カバープレート114は、環状ガス出口溝118と整合した環
状パターンの孔116を有する。この溝は、出口孔121を経
て、室内の真空を形成し使用済ガス及び連行生成物を室
から除去する、普通の真空ポンプ装置（図示せず）に連
結されている。
上述のように（第１０図参照）、上部パージガス流は、
入口98（矢印93）、溝100、102及び106（矢印95）を通
って、処理すべく配置されているウェーハ15の外側上端
に位置する環状パージ孔108に出る。同様に（第２図参
照）、下部ガス流は、入口110及び環状溝112を通って石
英窓70を横切り窓をパージして清浄にし（矢印103）次
いで上方へウェーハ15の下部周縁へ向かう（矢印10
5）。第１０図を参照すると、上部パージガス流と下部
パージガス流とはウェーハの端部で合流し、矢印107で
示すように、プレート114を外方へ横切り、孔116を通っ
て環状の排出溝118に入り、流路109に沿って室から出る
（第２図）。かかる上部と下部との合流パターンは石英
窓70を清浄に保持するだけでなく、使用済ガス、連行微
粒子等を室13の外側へ洗い流す。内部石英窓室面及び周
囲ウェーハ縁に順応する上部パージガス流と下部パージ
ガス流との合流、並びに、高い室圧力（ＰＥＣＶＤのた
め著しく高い）が極めて有効なパージを提供し、ウェー
ハ外への蒸着を防止する。
これと同様に重要な、均一な半径方向ガス流が、ウェー
ハ15の周囲の分配板114に形成された複数の孔116（図で
は５つ示されている）によってウェーハ15に提供され
る。これらの孔116は大きな半円形の排出溝118と連通し
ており、排出溝118は、単一の出口連結部121を介して真
空排出ポンプ装置に連結されている。排出溝118は、容
積が比較的大きいため、孔116に対して大きなコンダク
タンスを有しており、１箇所でポンプ連結しさえすれ
ば、ウェーハから半径方向の全地点における均一なポン
プ吸出が行われる。かかる均一な半径方向ポンプ吸出
は、マニホルド26によって得られる均一なガス流分配入
口パターンとして協働して、全圧力において、ウェーハ
を横切る均一なガス流を提供し、従って、２００トル以
上のように室圧力が極めて高い場合でさえも、均一な蒸
着を提供する。また、マニホルド26は、極めて高い圧力
で均一なグロー放電プラズマの電極として使用すること
ができ、それが極めて速い蒸着速度及び効果的なパージ
流の両方を可能にする。
(e)アンチブレークダウン・ガスフィールドスルー装置3
6 上述のように、印加されたＲＦ電極としてガスマニホル
ド26を使用する利点は、接地された対向電極上にウェー
ハがあることであり、このことは、ＲＦエネルギをウェ
ーハに与えガスマニホルドを接地した場合には達成でき
ない高度のプラズマ幽閉を可能にする。さらに、ハード
ウェアは、ウェーハ／サセプタと室内との絶縁が必要で
ないので、機械的にも電気的にも簡単である。高周波電
場及び磁場の存在下でのサセプタ／ウェーハの温度測定
及び温度制御は、サセプタが接地されると非常に単純化
される。
しかし、高出力で高周波の高電位ＲＦエネルギを、普通
のガス分配設備に、特に金属ガス配管とガスマニホルド
との間の短い距離に加えると、通常、プラズマ処理室の
上流の分配装置内でのプロセスガスの早期ブレークダウ
ンの原因となる。換言すれば、従来の装置では、ＲＦ電
極は分配装置内にプラズマを発生させ、それがガス分配
装置の内面へのプロセスガスの好ましくない蒸着の原因
となっている。本発明のＲＦ／ガスフィードスルー装置
36（第１２図）は、ＲＦ出力をガスマニホルド26に加え
るように、すなわち、プロセスガスのブレークダウンな
しに且つガス分配装置内での蒸着なしにガスマニホルド
を印加されたＲＦ電極として使用するように、設計され
ている。
また、小型でコンパクトなＣＶＤリアクタを達成する全
目的の１つと一致して、高ＲＦ電位をガス流路と平行に
加え一定距離に一定の電位勾配を生ぜしめて、ブレーク
ダウンの原因となる大きな局部電場を排除する我々の設
計の目的にもかかわらず、ＲＦ／ガスフィールスルー装
置36は、コンパクトな設計のものである。
従来のガスフィールスルー装置では、上記目的を達成で
きないことに言及しなければならない。かかる従来技術
の方法が２つ知られている。第１の方法では、絶縁管内
の高電位差にある表面間にガスを流す。第２の方法で
は、ブレークダウンが生じないように十分高いガス圧力
で絶縁体の高電位差の表面間にプロセスガスを流す。第
１の方法は、コンパクトではなく、また、ブレークダウ
ンが一層生じやすい高周波数では行われない（例えば、
第１４図の曲線201、200参照）。また、この第１の方法
は、ｐ・ｄ（圧力・距離）積が小さい場合には、使用す
ることができない。第２の方法は、第１の方法よりもコ
ンパクトであり高周波においてブレークダウンすること
が少ないが、ｐ・ｄ（圧力・距離）積が小さい場合にブ
レークダウンしやすい。
次に第２図及び主として第１２図を参照すると、ガスフ
ィードスルー装置36は、入口端連結具又はマニホルド12
0と、出口端連結具又はマニホルド122と、石英管126及
び細長い絶縁遷移ハウジング128を有する中間ガス導入
構造体124とを含む。ハウジング128は、真空密取付けを
提供するＯ−リングシール130を用いて、端連結具120と
122との間に取付けられている。石英管126の内部孔127
は、入口端連結具のガス入口孔134及び出口端連結具の
ガス出口孔136と連通している。
オゾン発生器、液体TEOS蒸発器及び普通の加圧ガスタン
ク又はボトルのような源からの圧力を受けたプロセスガ
ス及びパージガスは、普通の弁又は一定流量を入口マニ
ホルド120に流すための自動流れ制御装置へ導かれる。
プロセスガスは、矢印131−135で示されるように、入口
孔134を介してガス導入装置36に導かれ、石英管126を通
って出口孔136から出てガス分配ヘッド32の入口孔88へ
導かれる。第１２図では、説明しやすいように、ガス導
入装置36は拡大して示されている。実際のガス導入装置
36は、ガス出口136及び146がカバー80の合致する溝又は
孔88及び98と整合するような大きさのものである。
パージガスは、プロセスガス流路131-133-135に沿って
漏洩がある場合に、プロセスガスがパージガスとともに
プラズマ処理領域14中へ無害に搬送され、かくして、周
囲環境に漏出しないように、プロセスガス流路と共軸に
ガス導入装置へ導かれる。
入ってくるパージガスは、入口端連結具120の入口孔138
に導入される。孔138は、スプール形取付具140に形成さ
れた環状溝139と連通しており、この取付具140は、石英
管126の入口端近くに設けられている。このスプール形
取付具140は、円筒形フランジ取付具142及びＯ−リング
シール144によって外端が密封されている。
環状溝139は、孔（図示せず）を介して管126と同心状ブ
ロック128との間の環状路147と連通している。環状路14
7は、同様に、管126の出口端のところの取付具140の環
状室139へ供給する。管126は、入口端に関して記載した
のと同様に出口端に取付けられていて、ここで密封され
ている。出口端において、室139は出口孔136に供給す
る。かかる構造は、矢印148-156で示すように、ガス導
入装置36を通る分離したパージガス流路を提供する。
上述の共軸のガス導入装置は、有毒なプロセスガスの周
囲雰囲気中への漏洩を防ぐ二重バリヤを提供する。すな
わち、合致する表面間の周囲環境への経路は、２組のＯ
−リングシール130、144によって遮断される。これらの
シールは、周囲環境への漏洩のおそれがある経路に沿っ
て直列に配置されている。また、上述のように、石英管
126での漏洩のような内部装置の漏洩の場合には、パー
ジガス流はプロセスガスを処理室14中に搬送し、処理室
でともに室真空装置によって排出される。さらに、プロ
セスガス及びパージガスは、室の構成要素へ導かれ、す
なわち、実質的なブロック／本体、例えばアルミニウム
連結具120、122及び絶縁ブロック128へ導かれる。従っ
て、典型的には可撓性の、外部ガス管がリアクタから除
去される。極めて頑丈で強固な流路取付具と、二重のシ
ールバリヤと、パージガス流がプロセスガス流を包囲す
る共軸のガス流とが、リアクタ及びガス導入装置に安全
で強固なガス流路を提供する。
第１２図に示すように、入口端連結具120は接地されて
いる。出口端連結具122はＲＦ電源28に接続されてお
り、ＲＦエネルギをカバー80及びマニホルド92に加え
る。一定の電位勾配が、接地された連結具120と駆動さ
れる連結具122との間のプロセスガス流のカラムに沿っ
て、石英絶縁管26の表面に沿って３種類の定電圧勾配要
素（抵抗、誘導又は容量（有効）インピーダンスを提供
する高周波コイル；抵抗フィルム；抵抗スリーブ）のう
ち１つを提供することによって与えられる。
第１３Ａ図に概略的に示すように、ＲＦコイル160は石
英ガス管の端部の間に巻かれたワイヤコイルであり、管
の長さに沿って高電圧が印加される。好適には、ワイヤ
コイル160は、NO.24〜26のＡＷＧアルミニウムワイヤで
ある。ワイヤの材料、直径、長さ当りの巻数、長さ及び
巻付け技術を選定することによって、作動周波数におけ
る所望の電気インピーダンスが得られる。このＡＣイン
ピーダンスは、純誘導／抵抗インピーダンス又は純容量
／抵抗インピーダンスを有するように、或いは、純粋に
抵抗性（共振）であるように選定される。ＡＣ及びＤＣ
抵抗は、ワイヤの直径、長さ及び材料によって選定され
る。典型的な使用例は高誘導抵抗を有するが、ＤＣ短絡
である。13.56MHzのＲＦ電源については、ＲＦコイル型
ガス導入装置のインダクタンスの代表値は、略１０〜１
５マイクロヘンリーである。抵抗フィルム又はスリーブ
のガス導入については、１００〜５００ＫΩの抵抗が代
表的である。
或いは、第１３Ｂ図に示すように、（“エロダクＧ”
（イソプロピルアルコール分散媒体中のミクロン大の黒
鉛粒子のコロイド懸濁液）のような）一定の電気抵抗材
料及び厚さをもつ抵抗フィルム162が、石英管126の外側
に被覆され、所望の抵抗インピーダンスを提供し広周波
数帯の作動を可能にする。
第１３Ｃ図に示す第３の変形例は、一定の電気抵抗をも
つ複合セラミックのような材料の中実抵抗スリーブ164
を使用して、所望の電気抵抗インピーダンス及び広帯域
の周波数の作動を提供する。
なお、中実抵抗スリーブ164のさらに別の変形例として
は、所望の周波数において極めて大きな透過性を備えた
強磁性であり且つ一定の電気抵抗を有する材料のスリー
ブを使用している。作動は抵抗スリーブ164と同様であ
り、これに付加された利点がある。厳しい環境の下でブ
レークダウンが生じた場合には、磁性材料の存在と、初
期高電流及びこれによる高磁場とは、電荷フラックスに
対する極めて大きな誘導抵抗を生じさせ、これは、プロ
セスガスにおける電導性を極めて迅速に減少させ、次い
で消滅させる。
第１４図は、低周波数（１００ｋHz）と高周波数(13.56
kHz)の両方において、定電圧勾配装置のない石英管に対
して、圧力（トル）の関数として電圧ブレークダウン
（キロボルト）の代表的な実験室データを示している。
第１４図に示されているように、５〜２０トルの圧力範
囲に対して、ブレークダウンの範囲は、低周波数では３
〜７ｋＶであり、高周波数では略２〜５ｋＶである。
第１５図は、管Ａ（管長10.5cm、管径0.6cm、一定電圧
勾配装置なし）及び管Ｂ（管Ａと同じ寸法で、巻数160
の±26ＡＷＧワイヤから構成されるワイヤコイル型の一
定電圧勾配装置あり）に関して、ブレークダウン電圧の
実験室試験データを、圧力の関数として示している。管
Ｃは、管長が13.4cmである点を除いて、管Ｂと同じであ
る。これは、ＲＦ／ガス導入装置36が、ブレークダウン
を回避し、実際のリアクタの作動条件の下でプロセスガ
スを引き続き蒸着させるのに極めて有効であることを示
している。実際には、代表的にはリアクタ10は、第１４
図に示したものよりも高いブレークダウン電圧を呈す
る、２００トル以上の圧力で使用される。
要約すると、本発明のアンチブレークダウン・ガス導入
装置36は、電荷の印加なしに、プロセスガス流に沿って
一定の電圧勾配を提供する。さらに、ガス導入装置36
は、電位差の大きな接地面と駆動面との間に、抵抗、誘
導、容量性電気インピーダンスを有するように設計され
る。インピーダンスの選定は、装置の電気的条件、即
ち、低周波数、高周波数、広帯域、直流作動等によって
決まる。この一定の電位勾配は、高周波数又は低周波数
において、ガス分配装置32及びガス導入装置36の内部で
の時期尚早なブレークダウン及び蒸着を有効に阻止す
る。さらに、共軸のガス導入（石英管の外側のパージガ
ス流と石英管の内側のプロセスガス流）を含むガス導入
装置36の構造は、プロセスガスの漏洩に対して極めて耐
性があり、プロセスガスの漏洩をパージして排出する。
最後に、温度制御された水を、プロセス及びパージ溝か
ら隔離されたガス導入装置36の溝（図示せず）に流入さ
せて、ガス導入装置内のガスの温度を制御（加熱又は冷
却）することができる。オゾン又はTEOSのようなガスを
使用する代表的な用途では、例えば、凝縮（ガス導入装
置が冷たすぎる場合）、分解（熱すぎる場合）や化学反
応（熱すぎる場合）が管内で生じないように、ガス温度
を制御することが重要である。ガス導入装置内で生ずる
上述の現象は、所望のプロセスに大きな影響を及ぼす。
さらに、ガスが石英管内で反応した場合には、管内で蒸
着が生ずる。
(f)重要な特徴の要約 １）ウェーハの均一な加熱 本発明の実施に使用するリアクタは、熱効率、迅速な熱
応答（冷却及び加熱）、薄い円形ウェーハに固有の非均
一な熱損失にもかかわらずに良好な温度均一性、そして
石英等の室窓の良好な透過性（輻射加熱モジュールの外
部取付けを可能にする）を提供するため、調整された、
均一でない近赤外線輻射加熱パターンと、薄くて低質量
の高輻射率のサセプタとを使用する。
２）ガス分配装置 ＲＦ電源で印加されたガスマニホルド26は、必要な電力
を提供してプラズマの幽閉を可能にする。また、ガスマ
ニホルド及び半径方向排出ポンプによって得られる均一
なガス入口流れパターンは、均一なガス入口及び排出ポ
ンピングと、ウェーハにわたる均一な半径方向ガス流と
を提供し、超高圧を含む広範囲の圧力範囲にわたって均
一な処理（蒸着／エッチング）を可能にする。半径方向
のポンピング及び高圧の能力は、プラズマ／反応物種の
ウェーハへの幽閉を可能にし、そして、効果的なパージ
を可能にする際、ウェーハ面上を除いた室内での蒸着を
回避する。ガスマニホルドの正確に温度制御された内面
および外面は、ガスボックス内において分解、反応、凝
縮等を回避し、外部ガスボックス面への好ましくない粒
状生成蒸着物を除去する。約３５℃以下でのTEOSの内部
蒸着又は凝縮を回避し、かつ、約７０℃以上でのオゾン
とTEOSの内部分解又はこれらの反応を回避するために、
例えば、温度制御された水をガスボックス内を循環させ
て温度を約３５〜７５℃に維持し、そして、薄片状の外
部蒸着を回避するために、ガスマニホルドの外面を約１
００℃以上に維持する。
３）ガス導入装置 ガス導入装置は、ガスボックスへの高圧ＲＦ電力の印
加、並びに、ガスのブレークダウンなしに、ガスボック
スへのパージガスおよびプロセスガスの導入を可能にす
る。
４）ウェーハ移送装置 １軸ロボット・サセプタ／ウェーハ支持及び搬送装置
が、外部ロボットブレード上に載せたり下ろしたりし
て、室内の所定位置にウェーハを搬送するようになって
いる。この移送装置は、サセプタ／ウェーハとその上に
位置するガスマニホルドとの間に平行な可変緊密間隔を
提供し、関連したサセプタ支持フィンガとサセプタエレ
ベータ装置の垂直移動を選定しさえすれば、間隔を変え
ることができる。かかる平行性は、一方の側から他方の
側への流入の傾向を除去することによって、プラズマの
安定性と均一性を増大させ、かくして、均一な処理（蒸
着及びエッチング）を可能にする。ガスマニホルドの外
面とウェーハとの間の、可変緊密距離ｄは、異なる種類
のプロセスの実行を容易にする。また、かかる間隔を例
えば１cm、０．５cm或いはそれ以下の微少な可変寸法に
設定して、ガス分配装置とウェーハとの間のプラズマ及
び／又はガス反応物種の幽閉を可能にする。かかる幽閉
は反応有効性を増大させ、反応比率（蒸着又はエッチン
グ）を増大させ、室圧が極めて高圧の場合においてさえ
も、ウェーハ上以外に蒸着しないようにするのを助け
る。
５）広範囲の圧力、高圧の形態 高圧の能力は、均一な半径方向のポンピング、ガスマホ
ルドによって形成される均一なガス流、電極間の可変間
隔によって得られた幽閉、及び、高密度のＲＦ電力のガ
スマニホルドへの印加を含む、上述した多数の因子によ
って得られる。
(g)多数処理能力に対する特徴の関連性 上述の特徴を要約すると、(a)広範囲の圧力、(b)サセプ
タウェーハの温度均一性、(c)均一な流れ分布、(d)電極
（入口ガスマニホルドとサセプタ）間の平行な可変緊密
間隔、(e)内部／外部ガス入口マニホルド面の温度制
御、となる。
代表的には、これらの特徴のうち少なくとも幾つかは、
本発明のリアクタを使用する処理の各々にとって極めて
重要である。これらの重要な特徴は、各プロセスを基に
すると以下のように要約される。
１）熱ＣＶＤ 広範囲の圧力、高圧の形態 サセプタ／ウェーハの温度均一性 均一な流れ分布 電極の可変緊密間隔 特にTEOSやオゾンのような不安定ガスを使用した場合
における、内部／外部入口ガスマニホルド面の温度制御 ２）プラズマＣＶＤ 広範囲の圧力、高圧の形態 均一な流れ分布 電極の平行な可変緊密間隔 内部／外部ガス入口マニホルド面の温度制御 薄膜の原因となる多孔室の粒状物の蒸着を回避するため
に、ガスボックスの外面を１００℃以下に温度制御する
ことが重要である。
高圧作動はイオンの散乱を増大させ、イオンの散乱は、
ウェーハへの衝撃及び損傷を減少させ、ステップカバレ
ージを高める。何故ならば、高圧作動が、ガス分子が十
分な比率で反応して表面上への好ましくない粒状物の蒸
着を引き起こすことがない程度までガス分子の集中を弱
めるからである。高圧能力及びこれに関連した減少した
衝撃は、所定の電力／電圧反応比に対する衝撃レベルを
減少させ、或いは、高電力／電圧を使用して所定の衝撃
レベルに対してより高い反応比を得ることを可能にす
る。また、均一な流れ分布は、特に本発明のリアクタに
おいて使用される１cm以下の緊密な間隔において、重要
である。何故ならば、これがプラズマを幽閉し、かくし
て清浄な作動を高めるからである。平行性を保持して電
極の間隔を調整する能力は、蒸着に必要なプラズマを安
定性を備えた緊密間隔の使用を可能にする。
３）プラズマエッチバック 広範囲の圧力、高圧の形態 電極の可変緊密間隔 高圧能力と組み合わせた大きな可変間隔は、効果的なエ
ッチバックを可能にする。電極間の可変間隔は極めて重
要である。何故ならば、かかる間隔が、蒸着に使用され
る電極間隔を変えることなしにエッチング及び他の処理
を最適にするのに重要だからである。例えば、熱ＣＶＤ
およびプラズマＣＶＤについては１cm以下の代表的な間
隔が使用され、エッチバックは０．４in又は１cmの間隔
を必要としている。
４）リアクタのセルフクリーン 広範囲の圧力の形態 電極（入口ガスマニホルドとサセプタ）の平行な可変
緊密間隔 可変圧力と組み合わせた可変間隔は、効果的なリアクタ
のセルフクリーニングを可能にする。ここで、所要の間
隔ｄ≒０．４in又は１cmは、例えば熱ＣＶＤで必要な間
隔よりも大きい。比較的大きな間隔及び広範囲の圧力形
態は、（蒸着プロセスに必要なように幽閉するのではな
く）プラズマをリアクタ内で拡散させ、リアクタ全体を
清浄にする。代表的なセルフクーリングの順序は、５０
０ＷのＲＦ電力は、代表的には０．１slm、圧力０．５
トル、ｄ≒０．４inでのガスＮＦ３又は他のふっ素を含
有している化学的性質を使用しており、０．５ミクロン
／sumの衰退比率を有している。
５）スパッタリング 広範囲の圧力、高圧の形態 電極（入口ガスマニホルドとサセプタ）の平行な可変
緊密間隔 ここで、０．２inの間隔と組み合わせた高圧能力、並び
に、高い電力レベルでのガスボックスは、アルゴンのよ
うな化学的性質、又はSiCl4のような他の重分子ガス物
質を使用して、酸素又は他の誘電体のような材料のスパ
ッタリングを可能にする。代表的なスパッタリングプロ
セスは、７００ＷのＲＦ電力の印加、ガス流量０．１sl
m、圧力１０mt、０．２〜０．５inの電極間隔ｄを伴
う。
II．多段階現場平坦化方法および工程 ここで述べる処理工程および多段処理工程は、リアクタ
１０で行われた。オゾンやTEOSのような感温ガスと、Ｃ
ＶＤ、ＰＥＣＶＤ、エッチング、現場セルフクリーニン
グのような異なる工程を使用して多段工程を実施する能
力は、リアクタ10を極めて好適なものとする。しかしな
がら、ここでの処理の開示により、当業者にとっては、
単一のプロセスであるにもかかわらず、処理シーケンス
を実施すること、及び、かかるリアクタを例えばプロセ
スの使用に適合させることが可能になるであろう。
(a)SiO2の低温熱ＣＶＤ 二酸化珪素の極めて良好な熱ＣＶＤは、TEOSや酸素の熱
分解を使用する方法の改良である。この熱ＣＶＤは、良
好な被膜特性（〜１００％）の二酸化珪素が、約２００
〜５００℃のウェーハ温度となるランプ輻射加熱を使用
した比較的低温でかつ高圧で、反応物TEOSとオゾンの熱
ＣＶＤ蒸着によって形成されるという発見に、部分的に
基づいている。オゾンは反応運動の活性エネルギを低下
させ、約２００〜５００℃の比較的低温においてTEOSで
二酸化珪素を形成する。市販されている高圧のコロナ放
電オゾンの発生器が、酸素中の（４〜８）重量％のオゾ
ンの混合物をガス分配器に供給するのに使用される。ヘ
リウムのキャリヤガスが液体TEOSによってあわ立てら
れ、TEOSを蒸発させ、ヘリウムキャリヤガス中の希釈さ
れたガス状TEOSをガス分配器に供給する。
特に、熱ＣＶＤ法は、反応物としてオゾン（O3）、酸
素、TEOSを、低温（約２００〜５００℃）、高圧（約１
０〜２００トル、好適には、４０〜１２０トル）で使用
して被膜特性の良好な二酸化珪素の被膜を蒸着させ、こ
の被膜はボイド、カスプやその他の異形形状を修正して
実質的に平らな面を形成する。この好適な実施例におい
ては、オゾンは２〜３slmの流量で加えられ、ヘリウム
キャリヤガスの流量は５０sccm〜1.5slmであり、室圧力
は４０〜１２０トルであり、ウェーハ温度は３７５±２
０℃であり、これにより、極めて被覆特性の良好な、ド
ープされていない二酸化珪素の被膜が、３０００Å／分
の蒸着速度で形成される。
上述のように、リアクタ１０のガス分布マニホルド（ガ
ス分配器26）は、内部通路を循環する温度２０〜５０℃
の脱イオン化水によって制御され、ガス分配器２６の内
面を、約３５〜７５℃の狭い温度範囲内に維持し、すな
わち、TEOSの分解及びTEOSとオゾンとの反応を阻止する
ため約７５℃以下に、かつ、ガス分配器内でのTEOSの凝
縮を回避するため約３５℃以上に維持する。
温度制御されたガス分配器から基板面への距離ｄは好適
には、約１cm以下である。かかる１cm以下は、ガスマニ
ホルド26とウェーハ15との間に、プラズマ又はガス状反
応物を幽閉する。これは反応効率を増大させ、反応（蒸
着）速度を増大させ、ウェーハ以外での蒸着を阻止する
のを助ける。
本発明の熱ＣＶＤプロセスは、極めて高い蒸着室圧力を
使用する。すなわち、好適には少なくとも１０トル以上
で且つ約２０〜２００トルの圧力が使用される。かかる
圧力の下限部分でさえも、TEOSを利用するプロセスで通
常使用される全圧力の２０倍以上である。高圧力は、利
用する反応種の密度を増大させ、かくして、迅速な蒸着
速度を提供する。
さらに、高圧の使用により、効果的なパージが可能にな
る。パージ流量が多くなると、室面へ好ましくない蒸着
を生じさせることなしに、粒状物等を同伴した廃棄ガス
を除去する能力が向上する。上述の下部パージ流は、サ
セプタウェーハの底面を半径方向外方に流れる。かかる
パージ流は、ウェーハの周囲で下方に差し向けられる上
部パージ流と合致する。合流した流れはウェーハの周囲
から半径方向外方に流れ、蒸着ガスを半径方向外方へ均
一に、次いで極めて高速で室の排出装置を通して流れさ
せる。例えば、有用な上部パージガス流（好適には窒
素）の流量は１〜１０slmであり、下部パージガス流
（好適には窒素）の流量は１〜２０slmである。これら
の高圧で高速の上部及び下部パージガス流は、ウェーハ
の上部での均一な蒸着ガスの分配を損なうことなしに、
好ましくないガスや粒状物をパージする。
リアクタ１０を使用して、現在意図しているヘリウムガ
スの有用な流量範囲は、１００sccm（sccm＝標準cm3／
分）〜５sln（slm＝標準／分）であり、関連したオゾ
ンＯ３の流れは、約１００sccm〜１０slmの流量で流れ
る酸素中の４〜８重量％オゾンの組成物によって得られ
る。パージガスを含まない全ガス流量は代表的には、２
００sccm〜１５slmの範囲にある。
上述のガス流、室圧及びその結果生ずる室温により、約
５００Å／分〜４０００Å／分の二酸化珪素の蒸着速度
が得られる。
約５００Å／分〜４０００Å／分の蒸着速度が、第２０
図に示すように、対応する２００℃〜５００℃の温度で
達成されるが、蒸着速度は３７５±２５℃でピークに達
する。かかるピークの上下において蒸着が減少するの
は、基板面での好ましくない反応運動エネルギの結果で
ある。ピーク温度は、アルミニウムを含有している導体
については、約４００℃の最大処理温度に近い。
４００℃以上では、アルミニウムにはヒルロック（hill
ock）が形成される。５００℃以上では、アルミニウム
が軟化する。
第２１図を参照すると、（オゾンと酸素）；ヘリウム流
量比２：１（酸素中の８重量％のオゾンの２slm：１slm
のヘリウムキャリヤとTEOS）を使用した場合には、（TE
OS温度３５℃を使用して）蒸着速度３０００Å／分、室
圧８０トル、ウェーハ温度３７５℃で飽和し、より高圧
では殆ど増加しない。８０トルにおいて温度を２００〜
３７５℃まで減少させると、蒸着速度は１０００〜３０
００Å／分までそれぞれ減少する。２０トルでは、温度
が２００〜３７５℃であると、蒸着速度は５００〜１０
００Å／分となる。圧力が約１２０トル以上では、ガス
相の反応により粒状物が増加する。これは、ウェーハ温
度を減少させたり希釈流量を増加させることによって制
御することができるが、これらの工程は蒸着速度を減少
させる。
このようにして得られた薄膜は、ひび割れ抵抗、密度、
屈折率、収縮、エッチング比、ブレークダウン電圧、フ
ラットバンド電圧、移動イオン汚染、ピンホール密度及
び酸化珪素純度のような向上した物理的・電気的性質を
有するものとして特徴付けられるが、重要な観点は、段
差の垂直及び水平面上、並びに、他の面の凹凸の１００
％に近い良好な被覆である。従って、オーバーハングや
カスプ、ボイドのような問題は困難なことではなくな
り、これにより、このような問題を取り除き又は平坦化
を達成する、引き続く処理を最小にしたり或いは除去し
たりさえする。
さらに、かかる良好な被覆は、非ドープ酸素物被覆を使
用して得られる。従来の方法は、蒸着酸化物を平滑にす
るためにリフローを使用し、リフロー温度を降下させる
ためにリン又はホウ素ドーピング（ホスホシリケートガ
ラス、ＰＳＧ、ボロシリケートガラス、ＢＳＧ、ボロホ
スホシリケートガラス、ＢＰＳＧ）を混合する。本発明
の熱ＣＶＤ法は、リフローの必要性を排除し、かくし
て、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧの使用、並びに、アルミ
ニウム腐食のような関連した問題を排除する。しかしな
がら、所望ならば、本発明の熱ＣＶＤ法において、被覆
特性の良好な酸化物を、低水準、例えば１〜１０重量％
のリン及び／又はホウ素を、反応物例えばＴＭＳ（テト
ラメチルホスファイト）及び／又はＴＭＢ（テトラメチ
ルボレート）に混合することによって、ドープすること
ができる。低濃度のドーピング水準は、十分なリフロー
特性を提供する。
(b)２段階平坦化処理 ある観点では、本発明の方法は、例えばスピン・オン・
グラス及びポリイミド蒸着をエッチバックとともに使用
する、二酸化珪素を平坦化するための従来の方法の改良
である。
本発明の別の観点は、上述の熱ＣＶＤ二酸化珪素蒸着法
を使用して誘電体相を実質的に平坦化し、次いで湿式又
は乾式等方性エッチングを好適には高いエッチング速度
で使用して平坦化処理を仕上げる。種々の湿式又は乾式
等方性エッチング工程と、上述の低温熱ＣＶＤ酸化物蒸
着法との組み合わせは、平坦化した誘電層を提供する
が、かかる平坦化した誘電体層は、現在開発中であり将
来開発される極めて微細な幾何学的形態を有する多層金
属構造に役立つ。現場で行うことができる現在好適な乾
式等方性エッチング工程を、以下に説明する。
(c)３段階平坦化処理 別の観点では、本発明は、第１段階として、好適には高
蒸着速度で酸化珪素層を形成し、第２段階として、上述
のオゾン及びTEOS熱ＣＶＤ酸化物蒸着法を使用して良好
な被覆特性の酸化物被覆を形成し、次いで、第３段階で
は、好適な高速度等方性エッチングを使用して平坦化処
理を迅速に完成させる、３段階処理で具体化される。
(d)好適な３段階平坦化処理 本発明の別の観点では、上述の熱ＣＶＤ酸化物蒸着処理
は、参照された多数のＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ蒸着室におい
て３段階の高蒸着速度、高スループット平坦化処理にお
いて使用される。平坦化処理を既存の誘電体層上で行う
ことでき、平坦な誘電体を形成するため単独で使用する
こともできる。
好適な第１の段階は、ＰＥＣＶＤ酸化物蒸着である。Ｐ
ＥＣＶＤ酸化物蒸着法は、ヘリウムのような希釈液とと
もに或いはかかる希釈液なしにTEOS、酸素及びキャリヤ
ガスで形成されたプラズマを使用する。かかる処理は、
約１トル〜約５０トルの蒸着室の圧力、１００〜１００
０sccmの酸素流量、１００〜１５００sccmの不活性キャ
リヤガス（ヘリウム）、２００〜２．５リットル／分の
（パージガス流を含まない）全体ガス流、及び約２００
〜４００ワットの直径〜６inのガス分配カソードの高周
波電源を使用する。ガス分配器／カソードの電力密度
は、略平行な板形態に対する計算によれば、約１ワット
／cm2である。輻射エネルギは、垂直ランプの環状列に
よって下方からサセプタに差し向けられ、蒸着プラズマ
を生成しウェーハ面を３００〜５００℃まで加熱する。
流量がそれぞれ１〜１５slmと１〜２０slmの上部パージ
ガス流（窒素とヘリウムの混合物）及び下部パージガス
流（窒素のみ）が使用されるが、好適な流速はそれぞ
れ、２．５slmと１０slmである。これらのパラメータに
より、二酸化珪素の蒸着速度は約５００〜１０００Å／
分、代表的には、０．４cm≦ｄ≦１cmとなる。
６inのウェーハに対するＰＥＣＶＤ酸化物蒸着段階のた
めの現在好適な作動パラメータは、酸素が６００sccm、
ヘリウムが９００sccm、全体流れが１６０００sccm（パ
ージを含む；パージを除いて１５００sccm）、圧力が１
０±２トル、温度が３７５℃±２０℃である。パラメー
タは、ガス分配器とウェーハ面との距離がｄ≒０．４cm
の場合には、二酸化珪素の蒸着速度が約８５００Å／分
となる。明白なことは、TEOSガス化学に基づいていて、
重要な二酸化珪素蒸着段階と実質的に同じ室条件を有す
る、上述の高圧ＰＥＣＶＤ酸化物蒸着法は、同じ室の使
用を可能にするだけでなく、好適でもある。
シラン及び酸素の使用、並びに、圧力が約５トル以下、
温度が７００〜８００℃の範囲におけるTEOSの熱分解を
含む、化学蒸着によって二酸化珪素を蒸発する、幾つか
の方法が知られている。この熱分解プロセスは、窒化珪
素、シラン及びアンモニアプラズマ、又はオキシニトリ
ド、シラン、アンモニア及びＮ２Ｏプラズマとともに使
用することができる。圧力１トル以下においてTEOSを使
用するＰＥＣＶＤは又、スピン・オン・グラス及びポリ
イミドの使用を含む変形で使用される。
現在のＰＥＣＶＤは、ＣＶＤで蒸着された二酸化珪素の
蒸着速度、ひび割れ抵抗及び物理的・電気的性質を向上
させるための方法を提供する。本発明は又、二酸化珪素
を蒸着させ、これにより、蒸着層のステップカバレージ
を改良し応力を小さくする方法を提供する。
特に、本発明のＰＥＣＶＤ法は、上述の有利な改良点を
得るために、TEOSのＰＥＣＶＤのための改良された方法
を提供し、これにより、蒸着の好適な条件は、（５０ト
ルまでは）通常の圧力よりも高く、温度が約２００〜４
００℃である。TEOSを使用するＰＥＣＶＤの通常の条件
は、（キャリヤガスを含んで）全圧力が約１トルまでで
あり、プラズマ中の酸素の圧力は約０．４トルである。
蒸着の際、基板の温度は通常、ほぼ室温から約４００℃
まで徐々に上昇する（例えば、マッケン等による「薄
膜」、９７：５３〜６１（１９８２）参照）。
また、本発明による蒸着された二酸化珪素の被覆は、改
良されたひび割れ抵抗を有し、かつ、他の方法によって
蒸着された二酸化珪素上に改良されたステップカバレー
ジを有する。ステップカバレージの問題は、ステップ基
板の隅部でのマッシュルーム形に蒸着されたオーバーハ
ングの形成として論じられる。かかるオーバーハング
を、引き続く処理によって除去しなければならず、かく
して、処理を複雑にする。本発明の処理を利用すること
によって、オーバーハングの問題の困難さが減少し、こ
れにより、この問題を矯正するための処理量を最小にし
或いは除去しさえする。
本発明によって形成された二酸化珪素の被覆は応力が小
さく、指数−ＩＥ９（圧縮）〜＋ＩＥ９（引張り）（好
適には、−ＩＥ８）によって一般的に特徴付けられる。
また、本発明による被覆は、改良された物理的・電気的
特性を呈し、そして、密度、屈折率、収縮パラメータ、
エッチング速度、ブレークダウン電圧、フラットバンド
電圧、移動イオン汚染、ピンホール密度及び酸化珪素の
純度を向上させる。
最後に、本発明による方法を利用することによって、特
に、上述の係属中の出願に開示された装置においては、
高圧での作動（現在は５０トルまで）は、プラズマを基
板頂部に幽閉させ、かくして、蒸着するのが望ましくな
い室の両側及び面を汚染しにくくする。
好適には、第３段階は、ヘリウムのようなドーピングガ
ス中のＣＦ４、ＮＦ３、Ｃ２Ｆ６から選定したふっ化ガ
スから形成されたプラズマに、既存の二酸化珪素面を曝
し、約１００〜５００℃、好適には２００〜４００℃の
温度でプラズマを室内で安定させる段階を有する高速等
方性エッチング処理である（ヘリウム及び／又は酸素を
導入し炭素を含んだガスを形成する）。これらのガスの
ための全体ガス室圧力は、約２００mt〜２０トルの範囲
にあるのが有用である。プラズマの全ガス流量は、当業
者によって決定される。しかしながら、２０sccm〜３．
５slmの実施可能な範囲が、参照された多数処理ＣＶＤ
／ＰＥＣＶＤリアクタに開示された装置にとって有用で
ある。好適な全ガス流量は、約１７０sccm〜１．２５sl
mの範囲にある。ＮＦ３（又はＣ２Ｆ６）のガス流の有
用な範囲は、約１０sccm〜５００sccmであり、好適には
約７０〜２００sccmである。通常はヘリウムであるドー
ピングガスの個々の流量は、約１０sccm〜３．５slmで
あり、好適には１００sccm〜１slmである。ランプモジ
ュールからの輻射電力と一緒に０．５〜１ワット／cm2
の高周波電力密度を使用して、５００℃以下、好適には
２００〜４００℃の基板温度を提供した。距離ｄは、
０．４cm以上とした。０．４cm以下では、プラズマの不
安定性が増大する。また、ｄが１cm以上に増大すると、
エッチングが効果的になり、他の構成要素をエッチング
する。
比較的高温を使用したとき、二酸化珪素の急速で正確な
等方性エッチングが達成されることがが分かった。特
に、５００Å／分〜１ミクロン／分のエッチング速度が
得られ、エッチングは、等方性で滑らかに達成される。
等方性エッチング処理が一般的に例えば金属接点を形成
するのに有用であるが、上述のように、二酸化珪素のス
テップカバレージ層の輪郭を制御するのに特に有用であ
る。特に、この均一の高速等方性エッチングは、二酸化
珪素の蒸着から生ずる実質的に平坦な外形にさらに平坦
にするという利点を有する。
この高速等方性エッチング段階は、２つの上述の二酸化
珪素の蒸着段階に使用した同じリアクタで行われた。そ
の結果、この好適な順序は、微細な幾何学的段差や溝等
を有する非平坦層の上にさえも、平坦にされた二酸化珪
素層を形成するための、結合した３段階の方法を提供す
る。TEOS及びオゾンの熱ＣＶＤ酸化物蒸着段階、高速Ｐ
ＥＣＶＤ酸化物蒸着段階及び高速エッチング段階と協同
して、３つの段階全てに対して同じ室を使用することが
できることは、高速、高スループットの平坦化プロセス
を提供し、汚染やウェーハの損傷がしにくく、ウェーハ
を繰り返し別の室へ移すときに生ずる他の問題を引き起
こしにくい。
上述の３段階の平坦化プロセスの使用は、第１８図及び
第１９図に概略的に示されている。第１８図に示されて
いるように、第１の段階は、二酸化珪素の比較的厚い段
付き層182を、ステップトポグラフィ181の上に極めて速
い蒸着速度で形成する。次いで、第２の段階は、下に深
い段差184が位置しているにもかかわらず実質的に平坦
にされた良好な二酸化珪素層183を形成するのに使用さ
れる。最後に、第１９図に示すように、第３の等方性エ
ッチング段階は、もしあれば層183の残留ステップトポ
グラフィの下まで上面185を迅速にエッチングし、これ
により、引き続く層のために滑らかな平坦な面187を提
供する。
さらに、上述の３段階処理は、二酸化珪素のための本発
明の平坦化処理の現在の好適な実施例であるが、他の初
期誘電体被覆及び他の等方性エッチング段階と組み合わ
せて、オゾン及びTEOS熱ＣＶＤ段階（第２段階）を使用
することができる。例えば、オゾン熱ＣＶＤの第２段階
は、極めて良好な二酸化珪素の被覆を、ＣＶＤ又は他の
方法で形成された酸化珪素、窒化珪素、シリコンオキシ
ニトリド又は他の誘電体層上に蒸着させるのに使用する
ことができ、このようにして得られた実質的に平坦な層
を、他の好適には高速で乾式（例えばプラズマ）又は湿
式化学的等方性エッチング法を使用して、平坦なトポグ
ラフィにエッチングすることができる。
(e)室のセルフクリーニング 等方性の室セルフクリーニングエッチング・シーケンス
は、圧力約６００mT〜１０トル、高周波電力密度１〜２
ワット／cm2、距離ｄが約１cm及び、等方性エッチング
処理に対して上述した、ガス流速を含む、その他のパラ
メータで、ふっ化ガスを使用して行われる。このプロセ
スを使用して、参照した多段階ＣＶＤ／ＰＥＣＶＤリア
クタを清掃した。５μ厚までの二酸化珪素の薄膜をウェ
ーハ上に蒸着した後、室を約１分で清掃することができ
る。
(f)要約；別のプロセスシーケンス 上述の蒸着、エッチング及びセルフクリーニング段階を
単独で或いは一緒に使用することができる方法のうち幾
つかを示したリストを、以下に示す。
第１に、オゾン、酸素及びTEOSを使用した熱ＣＶＤ酸化
物蒸着法を単独で使用して、例えば完全なステップカバ
レージなしで或いは完全にステップカバレージして不完
全トポグラフィ上に成形された既存の誘電体層を平坦化
することができる。
第２に、良好な酸化物形成熱ＣＶＤ段階を既存の誘電体
層に使用し、次いで、等方性エッチング段階を行い、平
坦なトポグラフィに非平坦をエッチングする。
第３に、中間段階誘電体のような誘電体を形成するのに
それ自体を使用することができるか或いは既存の誘電体
の不完全なステップカバレージ及び／又はトポグラフィ
を修正するのに利用することができる、好適な高速で平
坦な誘電体形成シーケンスにおいては、上述の高速ＰＥ
ＣＶＤ酸化物段階を使用し、次いで良好な酸化物形成熱
ＣＶＤシーケンスを行う。等方性エッチングを使用して
非平坦特徴を除去する好適なシーケンスでは、高速ＰＥ
ＣＶＤ酸化物蒸着シーケンスを利用し、次いで被覆特性
の良好な酸化物形成熱ＣＶＤ段階を行い、次いで等方性
エッチング段階、好適には上述の高速プラズマ等方性エ
ッチングを行う。
特別な状況／課題に対して、多くのその他の組み合わせ
が可能である。例えば、ＲＦ電力印加前に感光装置又は
その他の構造体上に薄い防護酸化物層を形成しようとす
る場合には、以下のシーケンスが好ましい。
1.熱Ｏ３ＣＶＤ酸化物蒸着、 2.高速ＰＥＣＶＤ酸化物蒸着、 3.熱Ｏ３ＣＶＤ酸化物蒸着、 4.ＰＥＣＶＤ酸化物蒸着、及び、 5.高速等方性エッチング。
また段差トポグラフィ上に極めて厚い平坦な酸化物を形
成するために、以下のシーケンスのうち第１の２つのス
テップを使用して段差を平坦にし、次いで、高速酸化物
蒸着を施して、平坦面上に極厚酸化物層を形成する。
1.高速ＰＥＣＶＤ酸化物蒸着、 2.熱Ｏ３ＣＶＤ酸化物蒸着、及び、 3.高速ＰＥＣＶＤ酸化物蒸着。
変形例として、直ぐ上で述べた極厚の平坦な酸化物プロ
セスは、完全な平坦化及び所要厚を達成するため、最終
段階として等方性エッチングを含むことができる。
最後に、所望ならば、等方性室セルフクリーニングを、
他の処理シーケンス内に或いは他の処理シーケンスの最
後に、挿入し、室をクリーン蒸着自由状態に維持するこ
とができる。
種々の好適な実施例に関連して本発明を説明してきた
が、添付の特許請求の範囲に記載した本発明の範囲を逸
脱することなしに、当業者は種々の変形を行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に使用する熱ＣＶＤ／ＰＥＣＶＤリア
クタの好適な実施例の平面図であって、カバーを回動さ
せて開放した状態を示したものである。 第２図は、カバーを閉鎖した状態を示した、第１図の線
２−２における、部分概略垂直横断面図である。 第３図は、第１図の線３−３における、ウェーハ移送装
置の垂直横断面図である。 第４図〜第８図は、ウェーハ移送装置の内部にウェーハ
を位置決めしウェーハをサセプタから取り除く、一連の
作動状態を示した略図である。 第９図は、第２図の線９−９における、輻射ランプ加熱
組立体の縮小水平横断面図である。 第１０図は、プロセスガス／パージガス分配装置をより
詳細に示した、第２図の部分拡大図である。 第１１図は、ガスマニホルドの部分拡大底面図である。 第１２図は、第２図に示したＲＦ／ガスフィードスルー
装置の拡大縦断面図である。 第１３Ａ図〜第１３Ｃ図は、ガスフィードスルー装置の
種々の変形例の略図である。 第１４図は、定電圧勾配装置のない、低周波数及び高周
波数電力に対する圧力の関数として、ブレークダウン電
圧を示した図である。 第１５図は、定電圧勾配装置を有し、或いは定電圧勾配
装置を有しない圧力の関数として、ブレークダウン電圧
を示した図である。 第１６図は、ＩＣの横断面概略図であって、段差表面上
の誘電体のような材料の層の蒸着と関連した到達角度を
示したものである。 第１７Ａ図及び第１７Ｂ図は、第１６図と同様な横断面
概略図であって、平坦化に関する溝幅の影響を示したも
のである。 第１８図及び第１９図は、第１６図のようにＩＣ表面を
示した横断面概略図であって、本発明の平坦化方法の使
用によって得られる、平坦な酸化物の膜を示したもので
ある。 第２０図及び第２１図は、本発明の酸化物蒸着方法に対
して、温度と圧力の関数として蒸着速度を示した図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カム エス ロウ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94587ユニオン シティー コノソ プラ ザ 101 (72)発明者 シシー リューン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94587ユニオン シティー アンティオク ループ4954 (72)発明者 サルヴァドル ピー ウモトイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94565ピッツバーグ シャロン ストリー ト 62 (72)発明者 ケニス エス コリンズ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95129サン ホセ ムーアパーク 4838 (72)発明者 ジョン エイ アダミク アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94583サン ラモン キッタリー アベニ ュー3072 (72)発明者 イルヤ パーロフ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94040マウンテン ヴィュー 207 エル モント1030 (72)発明者 ダン メイダン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94022ロス アルトス ヒルズ ムーリエ ッタレーン 1200

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】酸化珪素を受け入れる真空室内に位置決め
    された、僅か寸法段差を有する半導体ウェーハ面に、良
    好なステップカバレージの酸化珪素の薄膜を蒸着させる
    ためのTEOSプラズマＣＶＤ法であって、 ウェーハを約２００℃〜約５００℃まで加熱する段階
    と、 室を約１３３．３２２Pa〜約１６００Pa（１〜５０ト
    ル）まで加圧する段階と、 効果的な量のテトラエチルオルトシリケート（TEOS）を
    含んだガス混合物を、ウェーハ面に近接した分配領域か
    らウェーハの方へ、実質的に均等な空間分配でウェーハ
    面上に分配する段階と、 ガス混合物を励起してウェーハと分配領域との間の薄い
    領域をプラズマ状態にするように、分配領域とウェーハ
    との間に効果的な量のＲＦ電力を印加する段階とを含
    み、 これにより、ステップカバレージの良好な酸化珪素の層
    をウェーハに蒸着させる、 ことを特徴とするプラズマＣＶＤ法。
  2. 【請求項２】前記ガス混合物は、その全流量が３．３３
    ×１０-6m3/s〜４１．６７×１０-6m3/s（２００〜２５
    ００sccm）となるように、約１．６７×１０-6m3/s〜約
    １６．６７×１０-6m3/sの酸素を含んでいることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項に記載のプラズマＣＶＤ
    法。
  3. 【請求項３】ＲＦ電力を印加する前記段階は、約１ワッ
    ト／cm2の密度で行われることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項又は第２項に記載のプラズマＣＶＤ法。
  4. 【請求項４】ＲＦ電力を印加する前記段階は、電極の１
    つをウェーハに接続することによって行われることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１
    に記載のプラズマＣＶＤ法。
  5. 【請求項５】ＲＦ電力を印加する前記段階は、約13.56
    ＭHzの周波数で行われることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項乃至第４項のいずれか１つに記載のプラズマＣ
    ＶＤ法。
  6. 【請求項６】ガス混合物が分配される分配領域は略平ら
    であって、ウェーハに近接しウェーハと実質的に平行に
    配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    乃至第５項のいずれか１つに記載のプラズマＣＶＤ法。
  7. 【請求項７】TEOSはガス化されていることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１つに記載
    のプラズマＣＶＤ法。
  8. 【請求項８】ＲＦ電力を印加する前記段階は、単一のウ
    ェーハに相応する領域にプラズマを閉じ込めることを有
    することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第７項
    のいずれか１つに記載のプラズマＣＶＤ法。
  9. 【請求項９】室は約１〜１２トルまで加圧されることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれか
    １つに記載のプラズマＣＶＤ法。
  10. 【請求項１０】ＲＦ電力を印加する前記段階は、単一に
    ウェーハに相応する領域に作り出されたプラズマを閉じ
    込めることをさらに含むことを特徴とする特許請求の範
    囲第９項に記載のプラズマＣＶＤ法。
  11. 【請求項１１】前記分配領域の表面積は、ウェーハ面の
    表面積とほぼ等しいか或いはこれよりも大きいことを特
    徴とする特許請求の範囲第１項乃至第10項のいずれか１
    つに記載のプラズマＣＶＤ法。
  12. 【請求項１２】前記分配段階は、導電性電極の複数の開
    口を介してウェーハの方へガス混合物を分配する段階を
    さらに含み、前記電極は、ウェーハに面していて前記分
    配領域と実質的に同延である開口を有する平面を備えて
    おり、 ＲＦ電力を印加する前記段階は、ＲＦ電源を分配電極に
    電気的に接続することをさらに含むことを特徴とする特
    許請求の範囲第１項乃至第11項のいずれか１つに記載の
    プラズマＣＶＤ法。
  13. 【請求項１３】ＲＦ電力を印加する前記段階は、分配電
    極とウェーハとの間にＲＦ電源を電気的に接続すること
    をさらに含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
    至第12項のいずれか１つに記載のプラズマＣＶＤ法。
  14. 【請求項１４】ＲＦ電力を印加する前記段階は、導電性
    電極を有するペデスタルにウェーハを取付け、ＲＦ電源
    をペデスタル電極に電気的に接続する段階をさらに含む
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第13項のい
    ずれか１つに記載のプラズマＣＶＤ法。
  15. 【請求項１５】前記分配段階及び前記印加段階の際、分
    配領域から僅かな距離のところにウェーハ面を位置決め
    し、前記僅かな距離は、ウェーハの直径よりもかなり小
    さいことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第14項
    のいずれか１つに記載のプラズマＣＶＤ法。
  16. 【請求項１６】酸化珪素のウェーハ上への蒸着は、４０
    ０Å／分よりもかなり速い速度で行われることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項乃至第15項のいずれか１つに
    記載のプラズマＣＶＤ法。
  17. 【請求項１７】酸化珪素のウェーハ上への蒸着は、約５
    ０００Å／分と同じか或いはこれよりも速い速度で行わ
    れることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第16項
    のいずれか１つに記載のプラズマＣＶＤ法。
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